建立最佳化扬声器声场的方法技术

本发明专利技术是有关于一种建立最佳化扬声器声场的方法，是以第一封闭几何形状包围人头区域的表面，于第一封闭几何形状外以至少一对应其几何形状的第二封闭几何形状包围，再于第一、二封闭几何形状上分别产生对应的多个参考点，接着使用第二封闭几何形状上的参考点的信号强度，以及第一、二封闭几何形状上相对应参考点的梯度分别建构虚拟与真实扬声器到声场内任一点的转移函数，根据所述转移函数分别产生虚拟与真实声场，并于一边界条件下求解虚拟声场与真实声场其误差的最小化，以得到真实扬声器的最佳信号。通过本发明专利技术的方法，无论是头部轻微转动或是身体方向改变，甚至于稍许的移动，只要头仍在倾听范围内，倾听者感受到虚拟扬声器的方向并不会改变。

The method of optimizing loudspeaker sound field is established

The invention relates to a method to establish the optimal speaker sound field, is surrounded by the surface area to head the first closed geometry in the first closed geometry of at least one corresponding to the geometry of the second closed geometry surrounded by a plurality of geometric shapes respectively corresponding to the reference point closed in first, second, followed by second closed the signal intensity on the geometry of the reference point, and first, second closed geometry corresponding gradient reference points were constructed to the number of speakers of virtual and real transfer function at any point in the sound field, according to the transfer function of the virtual and real field respectively, and to minimize a boundary condition for virtual sound field and the error of the real sound field in order to get the real signal, the best speaker. Through the method of the invention, either the head or body slight rotation direction change, even a slight move, as long as the head is still in the listening range, the listener feel the virtual speaker direction does not change.

【技术实现步骤摘要】

[0001 ] 本专利技术有关于一种,尤其是指一种在所想要的声场外围建立参考点，用以取得声场边界的声音信号以及其梯度，并以最佳化方法计算各扬声器的输出信号来产生所需要的声场，以达到聆听者头部既使轻微转动或是身体方向改变，依然可具有最佳聆听声音的功效者。
技术介绍
按，传统的立体声研究始于blumlein,而随着时间的演进，已发展出通过多组扬声器建立一个完整多层面的环境，例如杜比数位或数位剧院系统(digitaltheatersystem, DTS)环绕技术以追求虚拟实境系统和要求更好的听觉环境；一般而言，立体声信号可以被解译成多声道音讯，聆听者通过多个扬声器感受该多声道音讯时，即可获得身历其境的真实听觉，而目前剧院或电影院等大型场所通常包含多个大型扬声器遍布于该电影(剧)院大厅周围，使得大厅座位上的听众能感受到空间立体音效，此通过于边界放置多个扬声器产生所需声场的技术称之声波声场合成(wave field synthesis, WFS)。此外，由于科技的进步以及生活水准的提升，人们对于同时具有显示与音效功能的电子装置(例如电视机等)，已经不单单要求其所显示出的影像品质，也开始要求各电子装置所表现出声场效果的品质；然，将多个大型扬声器排列成一宽广扬声器布局的形式，不仅所费不赀，且对于一般人家中客厅或房间等较为窄小的区域更因常碰到环境条件无法符合扬声器阵列所限定的摆设要求而无法实施；于是，1992年杜比研究室发展出数位式的编码方式，也就是于一般家庭中常见到的5.1声道杜比环绕音响；该5.1声道杜比环绕音响是包含左声道喇叭、右声道喇叭、左后声道喇叭、右后声道喇叭、正前声道喇叭，以及重低音喇叭；其中该左声道、右声道、左后声道、右后声道、正前声道喇叭具有方向性，故可形成一环绕声场，当使用者处于环绕声场中时，即可享受5.1多声道环绕喇叭所输出的震撼及立体环绕声音，犹如身处于电影(剧)院般可感受到身历其境的听觉感受；而上述5.1声道杜比环绕音响为了拥有一个较佳的声场，对于多通的扬声器摆放位置皆具有要求特殊的最佳角度范围；然，如此却产生一个问题:当环境限制造成扬声器最佳摆放位置要求无法达成，例如像是车子的小空间或是房间的格局限制而导致扬声器无法放置时，聆听者即无法拥有一个最佳的听觉感受声场。因此，利用小型扬声器阵列单元重现空间最佳立体音效的技术油然而生；其原理是因人类能够定位(localize)声音到左边或右边是根据每只耳朵所辨识到的到达时间与声音等级差异性；而一种头部相关转换函数(head relatedtransfer function, HRTF)即是利用固定的扬声器位置来模拟位置与虚拟立体声音，通过调整头部相关转换函数的声音信号频率与延迟，立体的声音可以从固定的扬声器位置中模拟出；而习知的头部相关转换函数描述加诸于一聆听者对任何声音事件的双耳响应的时间及振幅差异，该等差异是归因于聆听者的头部及外耳壳(pinnae)结构，且被双耳用以检测声音来自何处，此通过双耳时间差及强度差，辅以回响及合声产生听觉上的感知称之双工原理(duplex theory)技术，请参阅图4所示，为双工原理于聆听者两耳建立声场的示意图；然，此技术有两大缺点:(a)由于双工原理假设人头是一颗圆球，其对称性导致前方和后方定位的感觉是相同的，造成聆听者无法分辨前后方的差别；以及(b)双工原理系将最佳声场合成于聆听者的双耳，然头部系拥有高自由度，导致当聆听者头部轻微转动或是身体方向改变时，双耳即离开了原有的最佳声场范围，而影响听觉的感受效果，甚至导致聆听者在听觉上产生不适的感受。
技术实现思路
今，专利技术人即是鉴于上述现有重建声场的方法在实际实施上仍具有多处的缺失，于是乃一本孜孜不倦的精神，并通过其丰富的专业知识及多年的实务经验所辅佐，而加以改善，并据此研创出本专利技术。本专利技术主要目的为提供一种在所想要的声场外围建立参考点，用以取得声场边界的声音信号以及其梯度，并以最佳化方法计算各扬声器的输出信号来产生所需要的声场，以达到聆听者头部既使轻微转动或是身体方向改变，依然可具有最佳聆听声音的功效者。为了达到上述实施目的，本专利技术人提出一种，至少包括下列步骤:首先，以一第一封闭几何形状(例如:三角形、四角形、圆形以及椭圆形等)包围人头区域的表面；之后，于人头外以至少一第二封闭几何形状包围第一封闭几何形状，且第一封闭几何形状与第二封闭几何形状系呈对应的几何形状；接着，于第一封闭几何形状与第二封闭几何形状上分别产生多个参考点，且第一封闭几何形状的参考点是对应第二封闭几何形状的参考点；然后，使用第二封闭几何形状上的参考点的信号强度，以及第一、二封闭几何形状上相对应参考点的梯度分别建构虚拟扬声器和真实扬声器到声场内任一点的转移函数；接续，根据虚拟扬声器的转移函数与真实扬声器的转移函数分别产生虚拟声场与真实声场；最后，于一边界条件下求解虚拟声场与真实声场其误差的最小化，以得到真实扬声器的最佳信号。优选的，其中求解真实扬声器的最佳信号方式包括一伪逆矩阵求解方式。优选的，其中边界条件为真实扬声器到声场内任一点的转移函数与真实扬声器声源信号的折积等同于真实声场。优选的，其中真实扬声器的数目系小于参考点的数量。优选的，其中参考点的间距为相同。优选的，其中第一、二封闭几何形状为半径不同的同心圆。藉此，于聆听者头部附近的小范围合成出虚拟扬声器并呈现正确的虚拟扬声器方向，无论是头部轻微转动或是身体方向改变，甚至于稍许的移动，只要头仍在倾听范围内，倾听者感受到虚拟扬声器的方向并不会改变。此外，本专利技术无须于边界放置多个大型扬声器以产生所需声场，不仅解决一般家中环境无法符合扬声器阵列所限定的摆设要求，且可省下一大笔添购扬声器的费用，藉此提高消费者使用的接受度及使用率，以达到可普遍实施的目的。【附图说明】图1是本专利技术较佳实施例的方法步骤流程图；图2是本专利技术较佳实施例于聆听者头部周围声场的参考点取点示意图；图3是本专利技术较佳实施例针对聆听者双耳转动时与现有双工原理的误差比较结果示意图；图4是现有双工原理于聆听者两耳建立声场的示意图。附图标号:I第一封闭几何形状2第二封闭几何形状SI步骤一S2步骤二S3步骤三S4步骤四S5步骤五S6步骤六P参考点。【具体实施方式】本专利技术的目的及其结构功能上的优点，将依据以下图面所示的结构，配合具体实施例予以说明，俾使审查委员能对本专利技术有更深入且具体的了解。首先，请参照图1所示，为本专利技术的其较佳实施例的步骤流程图，是主要包括有如下步骤:步骤一 S1:以一第一封闭几何形状I包围人头区域的表面；其中，第一封闭几何形状I可为三角形、四角形、圆形以及椭圆形等，于本实施例中，为一包围人头区域的圆形，请一并参阅图2所示；步骤二 S2:于人头外以至少一第二封闭几何形状2包围第一封闭几何形状1，且第一封闭几何形状I与第二封闭几何形状2呈对应的几何形状；于本实施例中，第一、二封闭几何形状1、2为半径不同的同心圆；步骤三S3:于第一封闭几何形状I与第二封闭几何形状2上分别产生多个参考点P，且第一封闭几何形状I的参考点P是对应第二封闭几何形状2的参考点P;步骤四(S4):使用第二封闭几何形状2上的参考点P的信号强度，以及第一、二封闭几何形状1、2上相对应参考点P的梯度分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种建立最佳化扬声器声场的方法,其特征是，所述建立最佳化扬声器声场的方法包括下列步骤:步骤一:以一第一封闭几何形状包围人头区域的表面;步骤二:于人头外以至少一第二封闭几何形状包围所述第一封闭几何形状,且所述第一封闭几何形状与所述第二封闭几何形状是呈对应的几何形状;步骤三:于所述第一封闭几何形状与所述第二封闭几何形状上分别产生多个参考点,且所述第一封闭几何形状的参考点是对应所述第二封闭几何形状的参考点;步骤四:使用所述第二封闭几何形状上的参考点的信号强度,以及所述第一、二封闭几何形状上相对应参考点的梯度分别建构虚拟扬声器和真实扬声器到声场内任一点的转移函数;步骤五:根据所述虚拟扬声器的转移函数与所述真实扬声器的转移函数分别产生虚拟声场与真实声场;以及步骤六:于一边界条件下求解所述虚拟声场与所述真实声场其误差的最小化,以得到真实扬声器的最佳信号。

【技术特征摘要】
2012.07.11 TW 1011250031.一种建立最佳化扬声器声场的方法，其特征是，所述建立最佳化扬声器声场的方法包括下列步骤: 步骤一:以一第一封闭几何形状包围人头区域的表面； 步骤二:于人头外以至少一第二封闭几何形状包围所述第一封闭几何形状，且所述第一封闭几何形状与所述第二封闭几何形状是呈对应的几何形状； 步骤三:于所述第一封闭几何形状与所述第二封闭几何形状上分别产生多个参考点，且所述第一封闭几何形状的参考点是对应所述第二封闭几何形状的参考点； 步骤四:使用所述第二封闭几何形状上的参考点的信号强度，以及所述第一、二封闭几何形状上相对应参考点的梯度分别建构虚拟扬声器和真实扬声器到声场内任一点的转移函数； 步骤五:根据所述虚拟扬声器的转移函数与所述真实扬声器的转移函数分别产生虚拟声场与真实声场；以及 步骤六:于一边界条件下求解所述虚拟声场与所述真实声场其误差的最小化，以得到真实扬声器的最佳信号。2.如权利要求1所述的建立最佳化扬声器声场的方法，其特征是...

【专利技术属性】
技术研发人员：王大中，
申请(专利权)人：王大中，
类型：发明
国别省市：